本發(fā)明涉及數(shù)字孿生，具體涉及一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、架空線路是承載電能輸送、平衡電力供需的核心載體，關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展和國家公共安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施。極端天氣頻發(fā)多發(fā)，架空線路運行環(huán)境日趨復(fù)雜，嚴重威脅供電安全。傳統(tǒng)的線路狀態(tài)評估業(yè)務(wù)分離、場景融合程度低、現(xiàn)實與數(shù)字化動態(tài)交互不足，數(shù)字化、智能化技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮不明顯?；跀?shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估，通過對設(shè)備、通道、環(huán)境、事件等所有要素數(shù)字化，在信息空間上構(gòu)建線路的虛擬映像，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。通過虛實互動，持續(xù)迭代，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理；借助更泛在、普惠的感知，更快速的網(wǎng)絡(luò)，更智能的計算，推動設(shè)備管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。

2、隨著電網(wǎng)規(guī)模的快速增長，尤其對于電網(wǎng)輸送容量大、運行環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，線路災(zāi)害防御能力需求與結(jié)構(gòu)性缺員的矛盾愈發(fā)凸顯，亟需數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，提升設(shè)備本體狀態(tài)評價水平，減輕周期性巡檢帶來的運維壓力。另一方面，運用新一代數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)設(shè)備管理專業(yè)賦能，提升設(shè)備狀態(tài)實施感知與評估、風(fēng)險主動預(yù)警、作業(yè)精準(zhǔn)管控能力，將有效提升架空線路的運維效率、大幅降低線路突發(fā)意外破壞風(fēng)險，對于保障設(shè)備可靠運行具有重要的意義。

3、目前設(shè)備的狀態(tài)評估主要是通過“人-機”協(xié)同周期性的巡檢、監(jiān)測設(shè)備自動告警發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、隱患和通道風(fēng)險。設(shè)備狀態(tài)的評價、通道風(fēng)險的評估，基于《架空輸電線路狀態(tài)評價導(dǎo)則》、《重要輸電通道風(fēng)險評估導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)進行定量評價。各手段之間協(xié)同性不足、信息共享程度不夠，數(shù)字化成果與設(shè)備實體運行狀態(tài)之間的雙向反饋互動缺乏，忽略歷史運行環(huán)境以及檢修情況，只是基于當(dāng)前的巡視、監(jiān)控來對架空線路設(shè)備本體及通道環(huán)境進行評價，設(shè)備全生命周期的管理能力不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估方法，包括：

2、從架空線路氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取對導(dǎo)線有影響的氣象數(shù)據(jù)；

3、基于所述氣象數(shù)據(jù)利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)進行計算確定架空線路是否存在風(fēng)險；

4、當(dāng)架空線路存在風(fēng)險時，利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息；

5、所述數(shù)字孿生系統(tǒng)用于基于架空線路外輪廓和架空線路走廊環(huán)境構(gòu)建輸電線路的幾何模型。

6、優(yōu)選的，所述數(shù)字孿生系統(tǒng)按如下方法進行構(gòu)建：

7、基于高精度建模技術(shù)，構(gòu)建架空線路本體外輪廓幾何孿生體；其中所述架空線路本體包括：輸電塔、絕緣子、金具、基礎(chǔ)、避雷器、附屬設(shè)施和以各絕緣子為節(jié)點，連接于各節(jié)點間的導(dǎo)線和/或地線；

8、采用傾斜攝影或激光掃描技術(shù)將線路走廊環(huán)境與所述架空線路本體結(jié)合得到一體化孿生體；

9、將架空線路本體外輪廓幾何孿生體和線路走廊環(huán)境加載到三維gis系統(tǒng)中得到輸電線路三維幾何模型；

10、采用激光點云模型擬合輸電線路三維幾何模型，并對所述輸電線路三維幾何模型進行校準(zhǔn)；

11、基于校準(zhǔn)后的輸電線路三維幾何模型，采用有限單元法，構(gòu)建受力仿真分析用架空線路內(nèi)力分析孿生體；其中所述架空線路內(nèi)力分析孿生體包括：輸電塔、導(dǎo)線、地線、絕緣子；

12、基于所述輸電線路三維幾何模型、一體化孿生體和空線路內(nèi)力分析孿生體構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)。

13、優(yōu)選的，所述氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)包括：基于架空線路氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報數(shù)據(jù)或無人機運行數(shù)據(jù)；

14、所述基于所述氣象數(shù)據(jù)利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)進行計算確定架空線路是否存在風(fēng)險，包括：

15、當(dāng)對導(dǎo)線有影響的氣象數(shù)據(jù)中存在強風(fēng)或重覆冰情況時；基于風(fēng)速、風(fēng)向或覆冰數(shù)據(jù)采用所述數(shù)字孿生系統(tǒng)計算各節(jié)點間導(dǎo)線的應(yīng)力及位移，以確定線路是否存在損傷風(fēng)險；

16、當(dāng)對導(dǎo)線有影響的氣數(shù)據(jù)中存在高溫情況時，基于溫度數(shù)據(jù)利用所述數(shù)字孿生系統(tǒng)確定各節(jié)點導(dǎo)線信息，并根據(jù)所述導(dǎo)線與被交跨物激光點云模型的空間最短距離，判斷線路是否存在交跨風(fēng)險。

17、優(yōu)選的，所述基于風(fēng)速、風(fēng)向或覆冰數(shù)據(jù)采用所述數(shù)字孿生系統(tǒng)計算導(dǎo)線的應(yīng)力及位移，以確定架空線路是否存在損傷風(fēng)險，包括：

18、基于風(fēng)速、風(fēng)向或覆冰數(shù)據(jù)，進行仿真計算，得到架空線路中各節(jié)點間導(dǎo)線的應(yīng)力及位移，得到應(yīng)力云圖；

19、將應(yīng)力云圖按照節(jié)點對應(yīng)關(guān)系渲染到架空線路三維幾何模型，同時逐時刻識別節(jié)點位移空間點位，按照原節(jié)點連接關(guān)系連線，刻畫出架空線路的運動及受力狀態(tài)；

20、根據(jù)架空線路的運動及受力狀態(tài)判斷是否存在機械、結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險。

21、優(yōu)選的，所述基于溫度數(shù)據(jù)利用所述數(shù)字孿生系統(tǒng)確定導(dǎo)線信息，并根據(jù)所述導(dǎo)線與被交跨物激光點云模型的空間最短距離，判斷線路是否存在交跨風(fēng)險，包括：

22、基于溫度數(shù)據(jù)采用高溫導(dǎo)線弧垂公式，計算各節(jié)點間導(dǎo)線的弧垂長度；

23、基于計算后的各節(jié)點間導(dǎo)線的弧垂長度，采用懸鏈線近似找型法，重新繪制架空線路本體外輪廓幾何孿生體的導(dǎo)線曲線；

24、采用歐式距離計算重新繪制后的導(dǎo)線與被交跨物激光點云模型的空間最短距離，判斷是否存在高溫天氣重要交跨風(fēng)險。

25、優(yōu)選的，所述利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息，包括：

26、通過研判，對于具有風(fēng)險的導(dǎo)線對應(yīng)的塔位，利用數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息。

27、優(yōu)選的，所述利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息之后，還包括：

28、根據(jù)預(yù)警情況，平臺開展無人機航機規(guī)劃，對風(fēng)險檔距線路進行精細化無人機巡檢，回傳風(fēng)險點位拍攝照片：

29、基于拍攝的照片，確認風(fēng)險情況，生成檢修建議。

30、基于同一種發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估裝置，包括：

31、獲取模塊，用于從架空線路氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取對導(dǎo)線有影響的氣象數(shù)據(jù)；

32、風(fēng)險判定模塊，用于基于所述氣象數(shù)據(jù)利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)進行計算確定架空線路是否存在風(fēng)險；

33、預(yù)警模塊，用于當(dāng)架空線路存在風(fēng)險時，利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息；

34、所述數(shù)字孿生系統(tǒng)用于基于架空線路外輪廓和架空線路走廊環(huán)境構(gòu)建輸電線路的幾何模型。

35、基于同一種發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估系統(tǒng)，包括：基礎(chǔ)端、模型層、數(shù)據(jù)層、分析層及應(yīng)用端；

36、所述基礎(chǔ)端，用于管理實體設(shè)備；

37、所述模型層，用于建立和存儲孿生模型庫。

38、所述數(shù)據(jù)層用于存儲實體設(shè)備采集的數(shù)據(jù)、利用孿生模型計算結(jié)果數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、外部系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、線路本體數(shù)據(jù)、孿生模型計算結(jié)果數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)。

39、所述分析層用于：基于各模型對實體設(shè)備采集的數(shù)據(jù)結(jié)合預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對輸電線路狀態(tài)進行仿真分析，確定架空線路是否存在風(fēng)險；

40、所述應(yīng)用端，用于基于基礎(chǔ)端、數(shù)據(jù)層和分析層實現(xiàn)對架空線路各風(fēng)險進行評估、對出現(xiàn)的災(zāi)害進行預(yù)警以及對檢修策略進行維護。

41、優(yōu)選的，所述實體設(shè)備包括：線路本體、感知裝置、監(jiān)控裝置、無人機；

42、所述孿生模型庫包括：輸電線路的幾何模型、架空線路本體外輪廓幾何孿生體、一體化孿生體和輸電線路三維幾何模型；

43、所述預(yù)先設(shè)定的規(guī)則包括：預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型、經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃鸵?guī)則模型。

44、基于同一種發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括：至少一個處理器和存儲器；所述存儲器和處理器通過總線相連；

45、所述存儲器，用于存儲一個或多個程序；

46、當(dāng)所述一個或多個程序被所述至少一個處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估方法。

47、基于同一種發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種可讀存儲介質(zhì)，其上存有執(zhí)行程序，所述執(zhí)行程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估方法。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

49、本發(fā)明一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的架空線路狀態(tài)評估方法及系統(tǒng)，包括：從架空線路氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取對導(dǎo)線有影響的氣象數(shù)據(jù)；基于所述氣象數(shù)據(jù)利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)進行計算確定架空線路是否存在風(fēng)險；當(dāng)架空線路存在風(fēng)險時，利用預(yù)先構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息；所述數(shù)字孿生系統(tǒng)用于基于架空線路外輪廓和架空線路走廊環(huán)境構(gòu)建輸電線路的幾何模型，本發(fā)明通過對多業(yè)務(wù)場景的集合；對設(shè)備、通道、環(huán)境、事件等所有要素數(shù)字化，映射物理實體，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)或預(yù)報數(shù)據(jù)分析設(shè)備狀態(tài)，反饋物理設(shè)備運維，反復(fù)迭代，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局；提升多種數(shù)字化、智能化、自動化手段的協(xié)同性，提高設(shè)備狀態(tài)評價的系統(tǒng)性、延續(xù)性、整體性，支撐設(shè)備精益化管理，推動設(shè)備管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。